RU2682569C1 - Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка - Google Patents
Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682569C1 RU2682569C1 RU2018124707A RU2018124707A RU2682569C1 RU 2682569 C1 RU2682569 C1 RU 2682569C1 RU 2018124707 A RU2018124707 A RU 2018124707A RU 2018124707 A RU2018124707 A RU 2018124707A RU 2682569 C1 RU2682569 C1 RU 2682569C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arsenic
- sorbent
- sorption
- solution
- titanium dioxide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0211—Compounds of Ti, Zr, Hf
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
Abstract
Изобретение относится к способам очистки сточных вод от мышьяка. Способ включает контактирование раствора в статических условиях с сорбентом, в качестве которого используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм. Контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц, рН 1-1.5 и массовом отношении мышьяка к диоксиду титана не более 1:100. Изобретение обеспечивает снижение времени очистки при высокой степени поглощения мышьяка. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к способам очистки сточных вод от мышьяка и может найти применение на предприятиях цветной металлургии и химической промышленности.
Выбросы металлургических предприятий - один из источников поступления в окружающую среду, в частности, питьевую воду, такого высокотоксичного элемента, как мышьяк. Мышьяк вызывает серьезные проблемы со здоровьем, в том числе поражение кожи и рак. Сорбция является одним из популярных методов очистки сточных и природных вод от мышьяка. Оксид титана и материалы на его основе - многообещающие сорбенты для удаления мышьяка благодаря высокой сорбционной активности, физической и химической стабильности, нетоксичности и коммерческой доступности.
Известен способ очистки кислых растворов от мышьяка и сурьмы с использованием титансодержащего сорбента, в качестве которого применяют гидратированную окись титана (IV), при весовом соотношении титана к мышьяку 4-7:1, температуре раствора 40-90°С и рН от -0,3 до -0,9 (а.с. 305742, МПК С01в 27/02, оп. 05.01.1975).
Этот способ требует большого расхода титана и длительного времени для обеспечения степени очистки растворов от мышьяка порядка 90%.
Известен способ удаления мышьяка из водных растворов с использованием в качестве сорбента гидратированного диоксида титана, при этом сорбция 1 мг/л мышьяка (III) и мышьяка (V) проводится в статическом режиме из водного раствора при рН=4, соотношении 0.1 г сорбента на 1000 мл раствора (Т : Ж=1:10000) (М. Pirila et al. Removal of aqueous As(III) and As(V) by hydrous titanium dioxide // Journal of Colloid and Interface Science. 2011. V. 353. P. 257-262).
Недостатком является низкая скорость достижения степени сорбции более 95% - 4 ч. и низкая сорбционная емкость - 31.8 мг мышьяка (III) и 33.4 мг мышьяка (V) на 1 г сорбента
Известен способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка (III) и мышьяка (V) в статических условиях с использованием в качестве сорбента нанотрубок титаната натрия, приготовленных из диоксида титана гидротермальным методом, при соотношении сорбент : раствор 25 мг на 25 мл (Т : Ж=1000) (Niu H.Y. et al. Adsorption behavior of arsenic onto protonated titanate nanotubes prepared via hydrothermal method // Microporous and Mesoporous Materials. 2009. V. 122. P. 28-35). Максимум степени сорбции мышьяка (III) из раствора с содержанием 25 мг/л (около 90%) наблюдается при рН от 7 до 10, тогда как такая же степень сорбции мышьяка (V) из раствора с содержанием 5 мг/л наблюдается при рН=2.5-3. Сорбционная емкость - 59.5 мг мышьяка (III) и 204.1 мг мышьяка (V) на 1 г сорбента.
Недостатком способа является неполнота сорбции мышьяка (около 90%) при указанных его концентрациях в растворе, низкая емкость сорбента по отношению к мышьяку (III) и длительность процесса - установление сорбционного равновесия в течение 8 часов.
Известен способ извлечения мышьяка (III) и мышьяка (V) из водных растворов с рН=7 при концентрации мышьяка 50 мг/л, включающий перемешивание раствора в статических условиях с сорбентом, в качестве которого используют диоксид титана модификации анатаз с размером кристаллитов около 7 нм, и соотношении сорбент : раствор 1 г на 1 л (Т : Ж=1000), принятый за прототип (Z. Xu, X. Meng, Size effects of nanocrystalline TiO2 on As(V) and As(III) adsorption and As(III) photooxidation, J. Hazard. Mater. 2009. V. 168. P. 747-752). При проведении сорбции мышьяка (V) растворы перемешивают с сорбентом 24 ч, при этом сорбционная емкость составляет 30.5 мг мышьяка на 1 г сорбента, а при сорбции мышьяка (III) (4 часа) - 30 мг мышьяка на 1 г сорбента.
Недостаток способа - длительное время сорбции и низкая сорбционная емкость сорбента.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение сорбционной емкости сорбента и снижение времени проведения сорбции при обеспечении высокой степени очистки растворов от мышьяка.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе сорбционной очистки водных растворов от мышьяка, включающем контактирование раствора в статических условиях с сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного соотношения сорбент : раствор и показателя рН с последующим отделением сорбента, согласно изобретению в качестве сорбента на основе диоксида титана используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм, а контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц при рН 1-1.5 и обеспечении массового соотношения мышьяка и диоксида титана не более 1:100. При этом контактирование раствора с сорбентом проводят в течение не менее 30 минут.
Использование в качестве сорбента механоактивированного рутила с размером кристаллитов менее 20 нм позволяет повысить сорбционную емкость сорбента за счет, в том числе, увеличения удельной поверхности и извлекать мышьяк из водных растворов со степенью сорбции выше 94% при невысоком расходе сорбента. При этом рН раствора влияет как на заряд поверхности частиц диоксида титана, так и на форму существования и заряд частиц мышьяка в водном растворе, что обуславливает возможность взаимодействия и сорбции.
Как правило, более токсичный мышьяк (III) хуже адсорбируется, чем мышьяк (V) (X. Guan et al. Application of titanium dioxide in arsenic removal from water: A review //Journal of Hazardous Materials. 2012. V. 215-216. P. 1-16), однако предлагаемый в данном способе сорбент обладает высокой емкостью по отношению к мышьяку в обеих степенях окисления (максимальная статическая сорбционная емкость: As(III) - 164 мг/г, As(V) -101 мг/г).
Проведение процесса при поддержании заявляемого массового соотношения мышьяка и диоксида титана не более 1:100 позволяет достичь степени сорбции мышьяка из растворов более 96% за короткое время. Проведение сорбции при соотношении мышьяка и диоксида титана более 1:100 не гарантирует достаточно полного удаления мышьяка из раствора.
Зависимости степени сорбции мышьяка (III) и мышьяка (V) от рН с использованием механоактивированного рутила (размер кристаллитов 15 нм) и коммерчески доступного рутила (размер кристаллитов 220 нм) продемонстрированы на рисунке 1.
Проведение сорбции при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц в течение не менее 30 минут позволяет дезагрегировать частицы механоактивированного рутила, что приводит к увеличению удельной поверхности сорбента и повышению степени сорбции. Зависимость сорбционной емкости механоактивированного рутила от времени сорбции под действием и без воздействия ультразвука при рН=1 приведена на рисунке 2.
Способ осуществляют следующим образом.
Сорбцию мышьяка (III) и мышьяка (V) из водных растворов проводят в статическом режиме. В раствор помещают навеску механоактивированного рутила (0.05 г на 50 см3 раствора) с размером кристаллитов 14-16 нм (установленного на основании размера областей когерентного рассеяния по данным рентгеновской дифракции). Требуемое значение рН=1-1.5 растворов устанавливают раствором 0,1 М НСl. Сорбцию проводят в течение в течение 30 мин, с использованием обработки ультразвуковым излучением частотой 30-35 кГц. После проведения сорбции отделяют сорбент центрифугированием.
Пример 1. Механоактивацию ТiO2 (квалификация - ос.ч., 100% модификация рутил) проводили в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице Pulverisette 7 PremiumLine с гарнитурой из карбида вольфрама (диаметр шаров - 10 мм, скорость вращения основного диска - 800 об/мин). Продолжительность механоактивации - 150 мин. Режим помола - сухой, через каждые 15 минут стаканы остужались на воздухе. Рентгенодифракционный анализ механоактивированных порошков ТiO2 выполнен с помощью рентгеновского дифрактометра XRD-7000, размер кристаллитов сорбента установлен с использованием формулы Шеррера. Навеску сорбента - 0.05 г механоактивированного рутила с размером кристаллитов 16 нм, с момента механоактивации которого прошло не более 2 месяцев, поместили в полипропиленовую пробирку с 50 мл водного раствора с рН=1, содержащего 10 мг/л мышьяка. Массовое соотношение мышьяка и диоксида титана - 1:100. Значение рН установили с помощью 0,1 М раствора НСl. Пробирку опустили в ультразвуковую ванну ПСБ-2835-05 и провели обработку ультразвуковым излучением частотой 35 кГц в течение 30 минут. После проведения обработки раствор отделили от сорбента центрифугированием в течение 15 мин на скорости 8000 об/мин. Содержание мышьяка в растворе определили с помощью атомно-эмиссионного спектрометра «Optima 2100 DV» (Perkin Elmer). Степень извлечения составила 97%.
Результаты опытов по прототипу и согласно изобретению приведены в таблице.
Основными преимуществами предлагаемого способа перед другими являются высокая емкость используемого сорбента по отношению к мышьяку в обеих степенях окисления ((III) и (V)) и высокая степень сорбции, достигаемая за короткий промежуток времени.
Claims (2)
1. Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка, включающий контактирование раствора в статических условиях с сорбентом на основе диоксида титана при поддержании определенного соотношения сорбент : раствор и показателя рН с последующим отделением сорбента, отличающийся тем, что в качестве сорбента на основе диоксида титана используют рутил, подвергнутый механоактивации до размеров кристаллитов менее 20 нм, а контактирование раствора с сорбентом ведут при ультразвуковой обработке в диапазоне частот 30-35 кГц, рН 1-1.5 и обеспечении массового соотношения мышьяка и диоксида титана не более 1:100.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контактирование раствора с сорбентом проводят в течение не менее 30 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018124707A RU2682569C1 (ru) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018124707A RU2682569C1 (ru) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2682569C1 true RU2682569C1 (ru) | 2019-03-19 |
Family
ID=65805897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018124707A RU2682569C1 (ru) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2682569C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2032460C1 (ru) * | 1992-03-25 | 1995-04-10 | Шарыгин Леонид Михайлович | Гранулированный неорганический сорбент и способ его получения |
RU2039011C1 (ru) * | 1991-12-29 | 1995-07-09 | Станислав Александрович Онорин | Способ извлечения мышьяка из растворов |
US5821186A (en) * | 1996-11-01 | 1998-10-13 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Method for preparing hydrous titanium oxide spherules and other gel forms thereof |
RU2136607C1 (ru) * | 1997-10-03 | 1999-09-10 | Уральский научно-исследовательский институт региональных экологических проблем ("УралНИИ "Экология") | Способ очистки сточных вод от мышьяка |
US7521133B2 (en) * | 2002-03-25 | 2009-04-21 | Osaka Titanium Technologies Co., Ltd. | Titanium oxide photocatalyst, process for producing the same and application |
RU2496570C1 (ru) * | 2012-05-30 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения сорбента для очистки воды от ионов железа и марганца |
-
2018
- 2018-07-05 RU RU2018124707A patent/RU2682569C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2039011C1 (ru) * | 1991-12-29 | 1995-07-09 | Станислав Александрович Онорин | Способ извлечения мышьяка из растворов |
RU2032460C1 (ru) * | 1992-03-25 | 1995-04-10 | Шарыгин Леонид Михайлович | Гранулированный неорганический сорбент и способ его получения |
US5821186A (en) * | 1996-11-01 | 1998-10-13 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Method for preparing hydrous titanium oxide spherules and other gel forms thereof |
RU2136607C1 (ru) * | 1997-10-03 | 1999-09-10 | Уральский научно-исследовательский институт региональных экологических проблем ("УралНИИ "Экология") | Способ очистки сточных вод от мышьяка |
US7521133B2 (en) * | 2002-03-25 | 2009-04-21 | Osaka Titanium Technologies Co., Ltd. | Titanium oxide photocatalyst, process for producing the same and application |
RU2496570C1 (ru) * | 2012-05-30 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения сорбента для очистки воды от ионов железа и марганца |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Xiaohong Guan et al. Application of titanium dioxide in arsenic removal from water: A review, J. of Hazardous Materials, 215-216, 2012, p. 1-16. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Arenas et al. | Nanoplastics adsorption and removal efficiency by granular activated carbon used in drinking water treatment process | |
Bibi et al. | Evaluation of industrial based adsorbents for simultaneous removal of arsenic and fluoride from drinking water | |
US8648008B2 (en) | Arsenic adsorbing composition and methods of use | |
US20150129502A1 (en) | Graphene oxide-modified materials for water treatment | |
Jacob et al. | Removal of Cr (III) and Ni (II) from tannery effluent using calcium carbonate coated bacterial magnetosomes | |
Thakkar et al. | Water defluoridation using a nanostructured diatom–ZrO2 composite synthesized from algal Biomass | |
US20080099403A1 (en) | Method of water purification | |
CN106423045B (zh) | 一种处理含锌废水的改性蒙脱土吸附剂制备方法 | |
WO2014094130A1 (en) | Graphene oxide for use in removing heavy metal from water | |
Hefne et al. | Removal of silver (I) from aqueous solutions by natural bentonite | |
RU2682569C1 (ru) | Способ сорбционной очистки водных растворов от мышьяка | |
JP5046853B2 (ja) | 重金属類を含有する汚染水の処理剤および処理方法 | |
Ghrab et al. | Copper adsorption from wasterwater using bone charcoal | |
Al-Saeedi et al. | Removal of Pb (II) and Ni (II) ions from aqueous solution by sea snail shells | |
JP6840354B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
Ali et al. | Limestone residues of sculpting factories utilization as sorbent for removing Pb (II) ion from aqueous solution | |
Deng et al. | Synthesis of titanate nanoparticles in low temperature hydrolysis and adsorption of arsenate (V) and fluoride | |
RU2496570C1 (ru) | Способ получения сорбента для очистки воды от ионов железа и марганца | |
JP6950893B2 (ja) | ホウ素含有水の処理方法 | |
Ostovan et al. | Evaluation of the sawdust modified with diethylenetriamine as an effective adsorbent for Fe (III) removal from water | |
JP3830878B2 (ja) | 水溶性セレン除去剤およびそれを用いた水溶性セレンの除去方法 | |
Pechishcheva et al. | Adsorption of chromium (VI) on mechanically activated graphite | |
JP2009255050A (ja) | 除去剤およびその除去方法 | |
Tarmizi et al. | Sorption isotherm model of zinc (II) onto thermally treated rice husk | |
Kalak | Effective use of slag as a product of the CFBC technology to purify water environment of copper ions |